[发明专利]燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池，特别是高分子电解质型燃料电池。

背景技术

高分子电解质型燃料电池是在作为气体扩散电极的阳极以及阴极中分别使氢等的燃料气体和空气等的氧化剂气体进行电化学反应并且同时产生电和热的电池。在图10中表示这样的高分子电解质燃料电池的一般的基本构成的主要部分截面分解示意图。如图10所示，燃料电池100至少包括一个单电池，该单电池的构成为主要包括膜电极组件(MEA)105和夹持膜电极组件105的一对板状的隔板，即阳极侧隔板106a以及阴极侧隔板106b。

膜电极组件105具有配置了在阳极104a以及阴极104b之间选择性地输送阳离子(氢离子)的高分子电解质膜101的构成。而且，阳极104a至少含有以紧密接合于高分子电解质膜101侧的状态所配置的催化剂层102a以及在该催化剂层102a和阳极侧隔板106a之间所配置的气体扩散层103a，阴极104b至少含有以紧密接合于高分子电解质膜101侧的状态所配置的催化剂层102b以及在该催化剂层102b和阴极侧隔板106b之间所配置的气体扩散层103b。

催化剂层102a、102b是将担载了电极催化剂(比如铂系金属)的导电性碳粉末作为主成分的层。另外，气体扩散层103a、103b是兼备透气性和导电性的层。该气体扩散层103a、103b是比如在由碳形成的导电性多孔质基材之上形成由导电性碳粉末和氟树脂形成的导电性拨水层而获得的。

在此，如图10所示，从为防止气体泄漏而配置垫圈109a、109b的观点出发，在MEA104中具有如下结构：高分子电解质膜101的主面的大小大于阳极104a以及阴极104b的主面的大小，并且高分子电解质膜101的整个外缘部比阳极104a以及阴极104b的外缘部更加向外侧突出。还有，在本说明书中，也比这些阳极104a以及阴极104b的外缘部更加向外侧突出的高分子电解质膜101的外缘部称作为“露出部”(图10中的P)。

阳极侧隔板106a以及阴极侧隔板106b具有导电性，机械性地固定MEA104，同时在层叠多个MEA104的情况下将邻接的MEA104彼此之间互相电串联连接。另外，在阳极侧隔板106a以及阴极侧隔板106b中，在一个面(即阳极侧隔板106a以及阴极侧隔板106b的分别与阳极104a以及阴极104b接触的一侧的主面)上形成有燃料气体用流路107a以及氧化剂气体用流路107b，该燃料气体用流路107a以及氧化剂气体用流路107b用于将反应气体供给阳极104a以及阴极104b并把含有由电极反应生成的生成物和未反应的反应物的气体运往MEA104的外部。

还有，在阳极侧隔板106a以及阴极侧隔板106b的另一面上形成了用于导入用于将电池温度调节至大致一定的冷却流体(冷却水等)的冷却流体流路108a、108b。通过形成使冷却流体在燃料电池和配置于外部的热交换器之间循环的构成，能够以温水等形式利用由反应而产生的热能。

从能够简化制造工序等优点出发，一般的方式是在阳极侧隔板106a以及阴极侧隔板106b的分别与阳极104a以及阴极104b接触的一侧的主面上设置沟槽而形成燃料气体用流路107a以及氧化剂气体用流路107b。另外，一般的方式是在阳极侧隔板106a以及阴极侧隔板106b的外侧的主面上设置沟槽而形成冷却流体流路108a、108b。

另外，在阳极侧隔板106a以及阴极侧隔板106b介于多个MEA105之间并且电串联层叠多个MEA105而得到的所谓的层叠型的燃料电池(燃料电池堆)中，设置有用于使供给燃料电池的反应气体分支从而供给各个MEA105的歧管(manifold)(通过将设置于阳极侧隔板106a以及阴极侧隔板106b上的反应气体供给用歧管孔以及反应气体排出用歧管孔在连续地层叠的状态下组合而形成的歧管(未图示))。

此外，设置有用于使供给燃料电池的冷却流体分支从而供给各个MEA105的歧管(使设置于阳极侧隔板106a以及阴极侧隔板106b上的冷却流体用歧管孔以及冷却流体排出用歧管孔在连续地层叠的状态下组而形成的歧管(未图示))。把如上所述形成于燃料电池内部的歧管称之为内部歧管，这样的“内部歧管型”的燃料电池是一般的。